JP5929542B2 - 溝形鋼の圧延方法及び圧延設備 - Google Patents

Description

本発明は、ウェブの両端にフランジを有する溝形鋼を圧延によって製造するための溝形鋼の圧延方法及び圧延設備に関する。

溝形鋼はＵ字形の断面を有する形鋼であり（図１参照）、例えば建築構造物の柱や梁等に使用される。一般的な溝形鋼はフランジの先端ほど厚みが薄くなるテーパが付与されているが、フランジにテーパがなく厚みが均一な平行フランジ溝形鋼も製造されている。平行フランジ溝形鋼は、２つを向かい合わせに溶接して正方形断面とすることで、高層建築物や超高層建築物等の柱材である角形鋼管柱として使用することができる。

溝形鋼は熱間圧延によって製造される場合が多く、矩形断面等の素材鋼片を加熱した後に、多数の孔型を使って圧延し、製品断面形状の形鋼に仕上げる方法が多く用いられている。ところが、このような孔型圧延を用いた溝形鋼の製造方法では、溝形鋼に接触する孔型ロールの半径が幅方向の位置によって異なるため、圧延材とロール周速の差が大きな部位が発生し、表面品質が悪化しやすいという問題があった。また、フランジ厚が先端ほど薄いテーパを付与する必要があり、フランジ厚が一定の溝形鋼を製造することが困難であった。

そこで、これらの問題を解決するために、特許文献１には、Ｈ形鋼の熱間圧延に適用されているユニバーサル圧延機を利用した圧延方法と圧延設備が考案されている。この技術は、図７に示すユニバーサル圧延機１０２と、図８に示す整形圧延機１０４とを用いて溝形鋼を製造するものである。ユニバーサル圧延機１０２は、図７に示すように、圧延材１００のウェブ１００ａ及びフランジ１００ｂを厚み方向に圧下する上下一対の水平ロール１０６ａ、１０６ｂ及び左右一対の堅ロール１０８ａ、１０８ｂを有する。整形圧延機１０４は、図８に示すように、フランジ１００ｂの幅を圧下する上下一対のロール１１０ａ、１１０ｂを有する。

また、特許文献２には、ユニバーサル圧延機を２台用いた外法一定平行フランジ溝形鋼の圧延方法と圧延設備が開示されている。この技術は、一方のユニバーサル圧延機で溝形鋼の厚みを圧下し、エッジャ圧延機でフランジの両端を圧下した後、他方のユニバーサル圧延機１１２でウェブ高さとフランジ幅を同時に圧下することにより（図９参照）、断面形状の良好な外法一定平行フランジ溝形鋼を製造しようとするものである。他方のユニバーサル圧延機１１２は、図９に示すように、圧延材１００のウェブ１００ａを厚み方向に圧下し、同時にフランジ１００ｂを幅方向に圧下する上下一対の水平ロール１１４ａ、１１４ｂ及び左右一対の堅ロール１１６ａ、１１６ｂを有する。下側の水平ロール１１４ｂは、２個一組のロール１１５、１１５で構成され、これらロール１１５、１１５間の間隔を調整可能となっている。

特公昭５１−２３２７０号公報 特許第２９７０５０４号公報

特許文献１記載の技術によれば、ロール周速と圧延される材料の速度差を小さくすることができるため、表面品質が格段に向上する。さらに、Ｈ形鋼と同様の圧延を行うことから、フランジ厚にテーパを付与する必要がなく、フランジ厚が先端まで一定の溝形鋼を製造することが可能となる。また、特許文献２記載の技術によれば、ウェブ高さを２台目のユニバーサル圧延機１１２で圧下することにより、フランジ厚が異なる製品のウェブ高さを等しくすることができるため、外法一定の溝形鋼が製造できる。

ところで、図１０に示すように、上下一対の水平ロール１１８ａ、１１８ｂと左右一対の堅ロール１２０ａ、１２０ｂとを有する一般的なユニバーサル圧延機１２２を用いた溝形鋼のユニバーサル圧延では、フランジ１００ｂと反対側の水平ロール１１８ｂと堅ロール１２０ａ、１２０ｂとの隙間に盛り上がり１００ｃが発生し、溝形鋼の製品外面が平坦にならない問題や、圧延途中で発生した盛り上がり１００ｃがその後の圧延でラップ疵になる問題を生じることがあった。

これらの問題に対して、特許文献１では、図８に示すように、圧延材１００のコーナー部にＶ字状の孔型１２４を設け、盛り上がり１００ｃの形状を適正化することでラップ疵の発生を防止している。しかし、盛り上がり１００ｃ自体は残るため、仕上圧延後の製品外面が平坦にならない場合がある。

一方、特許文献２では、１台目のユニバーサル圧延機とエッジャミルによる往復圧延において、エッジャミルの平坦なロールで盛り上がりを圧下し、さらに２台目のユニバーサル圧延機１１２の各ロールを図９に示すような形状とし、圧延材１００外面のコーナー部を竪ロール１１６ａ、１１６ｂで成形することで盛り上がり１００ｃの発生を防止しようとしている。しかしながら、本発明者らの検討によれば、１台目のユニバーサル圧延機で生じた盛り上がり１００ｃはエッジャ圧延機で圧延しても平坦化できないことが多く、無理に平坦化しようとすると盛り上がり１００ｃの内側に凹み１００ｄが発生する（図１１参照）。さらに、後の圧延で凹みが閉塞してラップ疵が発生する場合もある。このような凹み１００ｄやラップ疵は、最後に２台目のユニバーサル圧延機１１２で圧延しても消去することができず、製品に残存して不良品となる場合が多い。

本発明は、上記従来の問題を考慮してなされたものであり、寸法精度と表面品質を良好にすることができる溝形鋼の製造方法と圧延設備を提供することを目的とする。

本発明に係る溝形鋼の圧延方法は、Ｕ形断面に粗成形された圧延材のウェブ及び該ウェブの両端に屈曲形成されたフランジを圧下して溝形鋼を圧延する溝形鋼の圧延方法であって、前記圧延材に対して、第１のユニバーサル圧延機を用いて、フランジ全体の厚みと両端部を除くウェブの厚みとを圧下する工程と、第２のユニバーサル圧延機を用いて、ウェブとの境界コーナー部近傍を除くフランジの厚みとウェブ全体の厚みとを圧下する工程と、エッジャ圧延機を用いて、フランジ幅を圧下する工程とを、それぞれ１回以上実施して前記圧延材を所望の断面形状にする圧延工程と、前記圧延工程によって所望の断面形状に成形された圧延材に対して仕上圧延を行うことにより、目標とする製品断面形状の溝形鋼を得る仕上圧延工程とを実行することを特徴とする。

また、本発明に係る溝形鋼の圧延設備は、Ｕ形断面に粗成形された圧延材のウェブ及び該ウェブの両端に屈曲形成されたフランジを圧下して溝形鋼を圧延する溝形鋼の圧延設備であって、両端部を除くウェブの厚みを圧下する上下一対の水平ロールと、フランジの外面全体を圧下する左右一対の堅ロールとを有する第１のユニバーサル圧延機と、ウェブ全体の厚みを圧下する上下一対の水平ロールと、ウェブとの境界コーナー部近傍を除くフランジの厚みを圧下する左右一対の堅ロールとを有する第２のユニバーサル圧延機と、フランジ幅を圧下するロールを有するエッジャ圧延機とをそれぞれ１台以上備えた圧延機群を有することを特徴とする。

このような方法及び装置によれば、複数のユニバーサル圧延機でウェブとフランジの厚みを圧下しながら、ウェブとフランジとの境界コーナー部（外面コーナー部）を異なる方向、すなわち垂直方向と水平方向から交互に圧下することにより、ウェブの膨らみ、凹み及びラップ疵の発生を防止して、厚みが均一で良好な断面形状を有する溝形鋼を製造することができる。また、複数のユニバーサル圧延機でウェブとフランジの厚みを圧下することができるので、中間圧延工程で往復圧延するパス数を少なくすることができ、圧延能率を大幅に向上させることができる。

当該圧延方法において、前記圧延工程では、前記第１のユニバーサル圧延機を用いた工程と、前記第２のユニバーサル圧延機を用いた工程と、前記エッジャ圧延機を用いた工程とについて、各工程を所定の順序で１回ずつ行うことを１パスとして、１パス以上の圧延を行うとよい。これにより、圧延材を後段の仕上圧延工程での圧延に適した所望の断面形状へと円滑に成形することができる。

本発明によれば、複数のユニバーサル圧延機でウェブとフランジの厚みを圧下しながら、ウェブとフランジとの境界コーナー部（外面コーナー部）を垂直方向と水平方向から交互に圧下することにより、外面コーナー部の内側に発生する凹みを防止して、表面品質と寸法精度の良好な溝形鋼を製造することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る圧延方法で製造される溝形鋼の断面形状の一例を示す説明図である。 図２は、図１に示す溝形鋼を製造する圧延設備の一例を示す構成図である。 図３は、第１の粗ユニバーサル圧延機で圧延材を圧延している状態を示す断面説明図である。 図４は、エッジャ圧延機で圧延材を圧延している状態を示す断面説明図である。 図５は、第２の粗ユニバーサル圧延機で圧延材を圧延している状態を示す断面説明図である。 図６は、仕上ユニバーサル圧延機で圧延材を圧延している状態を示す断面説明図である。 図７は、従来技術に係るユニバーサル圧延機で圧延材を圧延している状態を示す断面説明図である。 図８は、従来技術に係る整形圧延機で圧延材を圧延している状態を示す断面説明図である。 図９は、別の従来技術に係るユニバーサル圧延機で圧延材を圧延している状態を示す断面説明図である。 図１０は、従来の一般的なユニバーサル圧延機で圧延材を圧延している状態を示す断面説明図である。 図１１は、従来技術に係る圧延設備で圧延された溝形鋼の断面形状を示す説明図である。

以下、本発明に係る溝形鋼の圧延方法について、この方法を実施する圧延設備との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

上記の従来技術（図７〜図１１参照）で問題となったウェブ１００ａ外面の凹み１００ｄを解決するため、本発明者らは種々の検討を実施した。その結果、２台のユニバーサル圧延機でウェブ１００ａとフランジ１００ｂの厚みを実質的に圧下しながら外面コーナー部を異なる方向から交互に圧下することにより、凹み１００ｄやラップ疵を防止できることを見いだした。そこで、このような圧延を実施可能な圧延ロールの形状や圧延方法を鋭意検討した結果、以下に説明する溝形鋼の圧延方法（製造方法）と圧延設備（製造設備）を考案するに至った。

図１は、本発明の一実施形態に係る圧延方法で製造される溝形鋼１０の断面形状の一例を示す説明図である。図１に示すように、溝形鋼１０は、ウェブ１０ａと、該ウェブ１０ａの両端に屈曲形成されたフランジ１０ｂとから構成されたＵ字形の断面を有する形鋼である。本実施形態では、ウェブ１０ａとフランジ１０ｂの厚みｔ１、ｔ２がそれぞれ均一に成形された平行フランジ溝形鋼を製造する方法を例示する。以下の説明では、図１に示す姿勢でウェブ１０ａの上面１１ａを内面と呼び、下面１１ｂを外面と呼ぶものとし、後述する製造途中の圧延材２６のウェブ２６ａ（図３等参照）についても同様とする。

図２は、図１に示す溝形鋼１０を製造する圧延設備１２の一例を示す構成図である。圧延設備１２は、溝形鋼１０の製造工程で上流側から下流側に向かって順に、粗造形圧延機１４と、第１の粗ユニバーサル圧延機１６、エッジャ圧延機１８及び第２の粗ユニバーサル圧延機２０を設けた中間圧延機群２２と、仕上ユニバーサル圧延機２４とを備えて構成されている。本実施形態では、溝形鋼１０を図１に示すようなＵ字形の姿勢で圧延する場合を例示するが、例えば、図１に示す溝形鋼１０の上下を逆にして逆Ｕ字形の姿勢で圧延しても勿論よい。

圧延設備１２では、加熱炉（図示せず）から抽出された素材鋼片を、粗造形圧延機１４でＵ字形の断面形状からなる粗形鋼片へと圧延した後、この粗形鋼片（圧延材）に対して中間圧延機群２２で３台の圧延機（１６、１８、２０）を用いた往復圧延を行う。中間圧延機群２２では、複数の圧延パスによって圧延材２６の厚みを圧下すると共に、ウェブ２６ａやフランジ２６ｂの寸法を仕上ユニバーサル圧延機２４での仕上圧延に適した目標寸法となるまで成形する。そして、仕上ユニバーサル圧延機２４では、中間圧延機群２２を経た圧延材２６を目標とする製品断面形状を有する溝形鋼１０として製造する。

先ず、粗造形圧延機１４は、前記加熱炉から抽出された素材鋼片をＵ字形の断面形状からなる粗形鋼片へと圧延する粗圧延工程を行うための装置であり、例えば、孔型ロールを用いた公知の圧延機を用いればよい。

次に、中間圧延機群（圧延機群）２２は、粗造形圧延機１４で成形された粗形鋼片をさらに圧延し、目標とする製品断面形状に近づけて仕上ユニバーサル圧延機２４へと供給する中間圧延工程（圧延工程）を行うための装置群であり、本実施形態では、２台の粗ユニバーサル圧延機１６、２０と、エッジャ圧延機１８とを備えた構成となっている。

図３は、第１の粗ユニバーサル圧延機１６で圧延材２６を圧延している状態を示す断面説明図である。なお、図面の見易さを確保するため、図３では、水平ロール２８ａ、２８ｂ及び堅ロール３０ａ、３０ｂの断面ハッチングを省略して図示しており、他の図面についても同様としている。

図３に示すように、第１の粗ユニバーサル圧延機（第１のユニバーサル圧延機）１６は、上下一対の水平ロール２８ａ、２８ｂ（以下、「上水平ロール２８ａ」、「下水平ロール２８ｂ」ともいう）と、左右一対の堅ロール３０ａ、３０ｂとを備える。水平ロール２８ａ、２８ｂは、回転軸Ａ１、Ａ２を中心として回転可能であり、堅ロール３０ａ、３０ｂは、回転軸Ｂ１、Ｂ２を中心として回転可能である。

第１の粗ユニバーサル圧延機１６では、上下の水平ロール２８ａ、２８ｂにより、圧延材２６のウェブ２６ａを厚み方向に圧下し、その厚みを減じる。ウェブ２６ａの厚みは５％以上の有効な圧下率で圧下することが好ましく、より大きな圧下を加えるほど少ない圧延パス数でウェブ２６ａの厚みを減じることができるため、圧延能率が向上する。ウェブ２６ａを有効に圧下するため、水平ロール２８ａ、２８ｂの外周は、平坦な円筒形とすることが望ましい。

また、竪ロール３０ａ、３０ｂと上水平ロール２８ａの側面との間で、圧延材２６のフランジ２６ｂを厚み方向に圧下し、その厚みを減じる。フランジ２６ｂの全ての幅が竪ロール３０ａ、３０ｂによって厚み方向に圧下されるので、ウェブ２６ａと同様に圧下率５％以上の有効な厚みの圧下が可能である。フランジ２６ｂを有効に圧下するため、堅ロール３０ａ、３０ｂの外周は、中心から幅方向に向かって後方へと次第に傾斜する形状とすることが望ましい。

この際、上水平ロール２８ａと圧延材２６の摩擦を軽減しロール磨耗を抑制するため、上水平ロール２８ａの側面には、３〜１５°程度の傾斜角θを設けることが望ましく、本実施形態では下水平ロール２８ｂについても同様に構成している。また、堅ロール３０ａ、３０ｂの外周も、鉛直方向を基準として３〜１５°以下の傾斜角を持ってフランジ２６ｂから離間する方向に傾斜していることが望ましい。換言すれば、図３に示すように、水平ロール２８ａ、２８ｂの軸方向厚み（幅）は、回転軸Ａ１、Ａ２から外径方向に向かって次第に小さくなる形状となっており、堅ロール３０ａ、３０ｂは、圧延材２６のウェブ２６ａの中心線Ｏから幅方向に向かって外周面の径方向寸法が次第に小さくなる形状となっている。

図３に示すように、第１の粗ユニバーサル圧延機１６において、ウェブ２６ａの内面側となる上水平ロール２８ａの幅Ｗ２Ｕは、図１に示す製品である溝形鋼１０のウェブ１０ａの内面側の幅ＬＡ、つまり両フランジ１０ｂ、１０ｂ間の間隔ＬＡと同じ寸法とする（Ｗ２Ｕ＝ＬＡ）。また、下水平ロール２８ｂの幅Ｗ２Ｌは、上水平ロール２８ａの幅Ｗ２Ｕ以上であればよい（Ｗ２Ｌ≧Ｗ２Ｕ）。つまり、幅Ｗ２Ｌと幅Ｗ２Ｕは、同じ幅であってもよいし、異なる幅であってもよい。但し、竪ロール３０ａ、３０ｂに接触しないようにするため、下水平ロール２８ｂの幅Ｗ２Ｌは、上水平ロール２８ａの幅Ｗ２Ｕに溝形鋼１０のフランジ１０ｂの厚みｔ２の２倍を加えた値よりも小さな幅とする必要がある（Ｗ２Ｌ＜Ｗ２Ｕ＋２・ｔ２）。

なお、第１の粗ユニバーサル圧延機１６では、図３に示すように、ウェブ２６ａの外側（下側）のフランジ２６ｂと反対側に位置する部分が自由表面Ｆ１となっているが、ウェブ２６ａとフランジ２６ｂの両方に有効な圧下が加えられて圧延材２６全体が延伸することで、この部分の膨らみは小さくなるので緩やかな凸形状となり、問題となるような噛み出しが発生することはない。

図４は、エッジャ圧延機１８で圧延材２６を圧延している状態を示す断面説明図である。

図４に示すように、エッジャ圧延機１８は、上下一対のロール３２ａ、３２ｂ（以下、「上ロール３２ａ」、「下ロール３２ｂ」ともいう）を備える。ロール３２ａ、３２ｂは、回転軸Ｃ１、Ｃ２を中心として回転可能である。

エッジャ圧延機１８は、上ロール３２ａの小径部３４と下ロール３２ｂとの間でフランジ２６ｂを幅方向に圧下し、フランジ２６ｂの幅寸法を目標寸法に調整するためのものである。すなわち、第１及び第２の粗ユニバーサル圧延機１６、２０では、有効な厚み圧下を実現するために、フランジ２６ｂの幅を圧下する機能を持たせていないため、当該エッジャ圧延機１８がフランジ２６ｂの幅圧下を行う必要がある。

図４に示すように、ロール３２ａ、３２ｂの外周は、平坦な円筒形となっているが、上ロール３２ａの両側部には、ロール径を小さくした小径部３４が形成されている。小径部３４の外周は、外側に向かって次第にロール径が大きくなるように多少傾斜している。なお、下ロール３２ｂの外周形状は、図４に示すような平坦形状以外としてもよく、例えば、フランジ２６ｂの反対側に位置するウェブ２６ａ下面の形状を調整するため、適度な傾斜や図８に示すような孔型形状を設けてもよい。

図５は、第２の粗ユニバーサル圧延機２０で圧延材２６を圧延している状態を示す断面説明図である。

図５に示すように、第２の粗ユニバーサル圧延機（第２のユニバーサル圧延機）２０は、上下一対の水平ロール３６ａ、３６ｂ（以下、「上水平ロール３６ａ」、「下水平ロール３６ｂ」ともいう）と、左右一対の堅ロール３８ａ、３８ｂとを備える。水平ロール３６ａ、３６ｂは、回転軸Ａ３、Ａ４を中心として回転可能であり、堅ロール３８ａ、３８ｂは、回転軸Ｂ３、Ｂ４を中心として回転可能である。

第２の粗ユニバーサル圧延機２０では、上下の水平ロール３６ａ、３６ｂにより、圧延材２６のウェブ２６ａを厚み方向に圧下する。上水平ロール３２ａの幅Ｗ４Ｕは、通常、第１の粗ユニバーサル圧延機１４の上水平ロール２８ａの幅Ｗ２Ｕと同様に、図１に示す製品である溝形鋼１０のウェブ１０ａの内面側の幅ＬＡと同じ寸法とするが（Ｗ４Ｕ＝ＬＡ）、外法一定の溝形鋼を圧延する場合にはウェブ高さの変更量に応じて適切な幅を選択してもよい。下水平ロール３６ｂの幅Ｗ４Ｌは、ウェブ２６ａ下面が全ての幅で接触するように、ウェブ２６ａの内面側となる上水平ロール３６ａの幅Ｗ４Ｕよりもさらに大きくする（Ｗ４Ｌ＞Ｗ４Ｕ）。この際、ウェブ２６ａの厚みの圧下は、圧下率５％以上の有効な圧下を加えることが望ましい。

ウェブ２６ａを有効に圧下するため、水平ロール３６ａ、３６ｂの外周は、平坦な円筒形とすることが望ましく、上水平ロール３６ａには図３に示す第１の粗ユニバーサル圧延機１６の上水平ロール２８ａと同様な傾斜角を設けている。堅ロール３８ａ、３８ｂは、圧延材２６のウェブ２６ａの中心線Ｏを中心として外周面の上部の径方向寸法が次第に小さくなり、下部に径寸法を減じた逃げ部となる小径部３９を設けた形状となっている。

また、竪ロール３８ａ、３８ｂと上水平ロール３６ａの側面との間で、圧延材２６のフランジ２６ｂを厚み方向に圧下し、その厚みを減じる。但し、下水平ロール３６ｂでウェブ２６ａ下面の幅の全てを圧下するため、図５に示すように、竪ロール３８ａ、３８ｂの下部には、下水平ロール３６ｂとの干渉を防止するためにロール径を小さくした小径部３９を設けている。このため、ウェブ２６ａとの境界コーナー部近傍のフランジ２６ｂ外面には、下水平ロール３６ｂにも竪ロール３８ａ、３８ｂにも接触しない自由表面Ｆ２を生じることになるが、ウェブ２６ａとフランジ２６ｂの両方に有効な圧下が加えられて圧延材２６全体が長さ方向（図５で紙面に対して垂直方向）に延伸すれば、この部分の膨らみは小さくなり、問題となる噛み出しが生じることはない。この膨らみの抑制、噛み出し防止と圧延能率向上の効果を得るため、フランジ２６ｂの厚みにも圧下率５％以上の有効な圧下を加えることが望ましい。

ところで、上記特許文献２の圧延方法では、図９に示すように、溝形鋼（圧延材１００）のウェブ１００ａの高さを調整する目的で２台目のユニバーサル圧延機１１２を使用していたため、溝形鋼１００の厚みを有効に圧下することができなかった。これに対して、本実施形態に係る圧延方法（圧延設備１２）では、このような制約を設ける必要はなく、２台の粗ユニバーサル圧延機１４、２０で溝形鋼１０を圧延するため、往復圧延のパス数が少なくなり圧延能率が大幅に向上する。

以上のような中間圧延機群２２では、上記の３台の圧延機（１６、１８、２０）を用いて粗造形圧延機１４で成形された圧延材２６に往復圧延を行い、ウェブ２６ａとフランジ２６ｂの厚みと幅を製品となる溝形鋼１０と同じ寸法（製品寸法）まで圧下する中間圧延工程が実行される。本実施形態では、２台の粗ユニバーサル圧延機１６、２０で溝形鋼１０の外面コーナー部の自由表面Ｆ１、Ｆ２が下面と側面の別々の位置で交互に圧延されるため、コーナー部の膨らみの成長を抑制して良好なコーナー形状の製品を圧延することができる。

次に、仕上ユニバーサル圧延機２４は、中間圧延機群２２で所望の断面形状に圧延された圧延材２６をさらに圧延することで、フランジ２６ｂとウェブ２６ａの角度を直角にして、目標とする製品断面形状を持った溝形鋼１０へと仕上げる仕上圧延工程（仕上ユニバーサル圧延工程）を行うための装置であり、通常は１パスのみで行われる。

図６は、仕上ユニバーサル圧延機２４で圧延材２６を圧延している状態を示す断面説明図である。

図６に示すように、仕上ユニバーサル圧延機２４は、上下一対の水平ロール４０ａ、４０ｂ（以下、「上水平ロール４０ａ」、「下水平ロール４０ｂ」ともいう）と、左右一対の堅ロール４２ａ、４２ｂとを備える。水平ロール４０ａ、４０ｂは、回転軸Ａ５、Ａ６を中心として回転可能であり、堅ロール４２ａ、４２ｂは、回転軸Ｂ５、Ｂ６を中心として回転可能である。

仕上ユニバーサル圧延機２４では、上水平ロール４０ａの幅Ｗ５Ｕは、図１に示す製品である溝形鋼１０のウェブ１０ａの内面側の幅ＬＡと同じ寸法とし（Ｗ５Ｕ＝ＬＡ）、下水平ロール４０ｂの幅Ｗ５Ｌは、上水平ロール４０ａの幅Ｗ５Ｕ以上とする（Ｗ５Ｌ≧Ｗ５Ｕ）。また、上下の水平ロール４０ａ、４０ｂの側面は、ロール軸である回転軸Ａ５、Ａ６に直角な角度とし、竪ロール４２ａ、４２ａは、外周が平坦な円筒形のロールとする。

仕上ユニバーサル圧延工程では、ウェブ２６ａとフランジ２６ｂの両方の厚みを軽圧下し、さらに、フランジ２６ｂとウェブ２６ａの角度を直角に成形する。ここで、軽圧下とは、数パーセント以下の厚み圧下を意味し、圧延材２６の断面形状を目標とする製品断面形状に調整するため、このような軽圧下を加えることが望ましい。但し、下水平ロール４０ｂと竪ロール４２ａ、４２ｂの間の隙間に膨らみができることを防止するため、圧下率の上限を数パーセントとする必要がある。

本実施形態に係る溝形鋼１０の圧延方法は、以上のような圧延設備１２を用いて、例えば、次の手順によって実施する。

先ず、粗造形圧延機１４でＵ形断面に粗成形された圧延材（粗形鋼片）２６に対して、第１の粗ユニバーサル圧延機１６を用いて、フランジ２６ｂの幅全体の厚みと両端部を除くウェブ２６ａの厚みとを圧下する。続いて、エッジャ圧延機１８を用いて、フランジ２６ｂの幅を圧下した後、第２の粗ユニバーサル圧延機２０を用いて、ウェブ２６ａとの境界コーナー部近傍を除くフランジ２６ｂの厚みとウェブ２６ａの幅全体の厚みとを圧下する。これら中間圧延機群２２の各圧延機（１６、１８、２０）による圧延工程は、それぞれ往復圧延によって行われると共に、各圧延機（１６、１８、２０）による各工程をそれぞれ１回ずつ行う圧延パス（１パス）を複数パス（例えば、３パス）繰り返して行うことにより、圧延材２６を所望の断面形状とする圧延工程（中間圧延工程）を実施する。

次に、仕上ユニバーサル圧延機２４を用いて、上記の中間圧延工程によって所望の断面形状に成形された圧延材２６を、目標とする製品の断面形状とする仕上圧延を行うことにより、図１に示すような溝形鋼１０を得る仕上圧延工程を実施する。これにより、良好な寸法精度と表面品質とを有する溝形鋼１０を高い製造効率で製造することができる。

なお、本実施形態に係る圧延方法を実施する圧延設備は、図２に示す圧延設備１２の設備配置や圧延機台数等に限定されるものではなく、例えば、中間圧延機群２２において、第１及び第２の粗ユニバーサル圧延機１６、２０やエッジャ圧延機１８は、それぞれ２台以上設けてもよい。圧延機の数を増やすと往復圧延のパス数をさらに少なくすることができるため、生産性が一層向上する。しかも、圧延機の台数が十分多く設置されていれば、中間圧延工程を１パスにして仕上圧延と連続化することも可能となり、生産性を飛躍的に高めることも可能となる。また、中間圧延機群２２は、第１及び第２の粗ユニバーサル圧延機１６、２０とエッジャ圧延機１８がそれぞれ１台以上設置されていれば、圧延機の設置順を入れ替えてもよい。さらに、圧延材２６の圧延姿勢は、図３〜図６に示されるように、フランジ２６ｂが上を向いたＵ字形の姿勢以外であっても勿論よく、例えば、フランジ２６ｂを下向きとした逆Ｕ字形の姿勢としてもよい。

以上のように、本実施形態に係る溝形鋼の圧延方法によれば、Ｕ形断面に粗成形された圧延材２６に対して、第１のユニバーサル圧延機１６を用いて、フランジ２６ｂ全体の厚みと両端部を除くウェブ２６ａの厚みとを圧下する工程と、第２のユニバーサル圧延機２０を用いて、ウェブ２６ａとの境界コーナー部近傍を除くフランジ２６ｂの厚みとウェブ２６ａ全体の厚みとを圧下する工程と、エッジャ圧延機１８を用いて、フランジ２６ｂ幅を圧下する工程とを、それぞれ１回以上実施して圧延材２６を所望の断面形状にする圧延工程と、この圧延工程によって所望の断面形状に成形された圧延材２６に対して仕上圧延を行うことにより、目標とする製品断面形状の溝形鋼１０を得る仕上圧延工程とを実行する。

また、本実施形態に係る圧延設備１２は、Ｕ形断面に粗成形された圧延材２６に対して、両端部を除くウェブ２６ａの厚みを圧下する上下一対の水平ロール２８ａ、２８ｂと、フランジ２６ｂの外面全体を圧下する左右一対の堅ロール３０ａ、３０ｂとを有する第１のユニバーサル圧延機１６と、ウェブ２６ａ全体の厚みを圧下する上下一対の水平ロール３６ａ、３６ｂと、ウェブ２６ａとの境界コーナー部近傍を除くフランジ２６ｂの厚みを圧下する左右一対の堅ロール３８ａ、３８ｂとを有する第２のユニバーサル圧延機２０と、フランジ２６ｂ幅を圧下するロール３２ａ、３２ｂを有するエッジャ圧延機１８とをそれぞれ１台以上備えた中間圧延機群２２を有する。

従って、このような圧延方法及び圧延設備１２によれば、複数の粗ユニバーサル圧延機（１６、２０）でウェブ２６ａとフランジ２６ｂの厚みを圧下しながら、外面コーナー部を異なる方向、すなわち垂直方向と水平方向から交互に圧下する。つまり、第１のユニバーサル圧延機１６では、ウェブ２６ａとフランジ２６ｂを厚み方向に圧下しながらウェブ２６ａとフランジ２６ｂの境界コーナー部をウェブ２６ａの高さ方向に圧下する一方（図３参照）、第２のユニバーサル圧延機２０では、ウェブ２６ａとフランジ２６ｂを厚み方向に圧下しながらウェブ２６ａとフランジ２６ｂの境界コーナー部をフランジ２６ｂの幅方向に圧下する（図５参照）。これにより、図７〜図１１に示すような上記従来技術で問題となる盛り上がり（膨らみ）１００ｃ、凹み１００ｄ及びラップ疵の発生を防止して、厚みが均一で良好な断面形状を有する溝形鋼１０を製造することができる。また、複数の粗ユニバーサル圧延機１６、２０でウェブ２６ａとフランジ２６ｂの厚みを圧下することができるので、中間圧延工程で往復圧延するパス数を少なくすることができ、圧延能率を大幅に向上させることができる。

次に、本実施形態に係る圧延設備１２を用い、溝形鋼の圧延方法を実施して溝形鋼１０を圧延した実験の結果について説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものでないことは勿論である。

（実施例１）
実施例として、図２に示す圧延設備１２を用いて、ウェブ１０ａの高さＬＣが４００ｍｍ、フランジ１０ｂの幅ＬＢが１３０ｍｍ、ウェブ１０ａの厚みｔ１が１０ｍｍ、フランジ１０ｂの厚みｔ２が１６ｍｍの平行フランジ溝形鋼１０を製造した（図１参照）。

粗造形圧延機１４には、複数の孔型を設けた上下一対の水平ロールを有する２重式圧延機を用いた。中間圧延機群２２には、図３に示す第１の粗ユニバーサル圧延機１６、図４に示すエッジャ圧延機１８、図５に示す第２の粗ユニバーサル圧延機２０をこの順番で上流から下流に向けて配置し使用した。仕上圧延には、図６に示す仕上ユニバーサル圧延機２４を使用した。

先ず、厚み２５０ｍｍ、幅４９０ｍｍの矩形断面を有するブルーム（素材鋼片）を加熱した後、粗造形圧延機１４で従来技術と同様の複数パスの孔型圧延を実施し、Ｕ形の断面からなる圧延材（粗形鋼片）に成形した。粗造形圧延後の断面形状は、ウェブ高さが約４５０ｍｍ、フランジ幅が約１４５ｍｍ、ウェブ厚みが約２５ｍｍ、フランジ厚みが約４０ｍｍであった。

このＵ形断面の圧延材（粗圧延材）に対し、中間圧延機群２２で３パスの往復圧延を実施し、厚みと幅を製品寸法に近づけた。すなわち、第１及び第２の粗ユニバーサル圧延機１６、２０では、ウェブとフランジの両方に５％以上の有効な厚み圧下を加え、エッジャ圧延機１８ではフランジを幅方向に圧下し、ウェブの厚みは１％以下の軽圧下を狙って圧延した。３パスの往復圧延後の圧延材の断面寸法は、ウェブ高さが４０１ｍｍ、フランジ幅が１２９．５ｍｍ、ウェブ厚みが１０．２ｍｍ、フランジ厚みが１６．４ｍｍとなった。フランジ外側の竪ロール３８ａ、３８ｂで圧下されない部分（自由表面Ｆ２）にわずかな膨らみが見られたが（図５参照）、その高さは１ｍｍ以下と小さいものであり、特に問題となる大きさではなかった。

最後に、仕上ユニバーサル圧延機２４で１パスの圧延を行い、ウェブとフランジの厚みをわずかに圧下すると共に、フランジを垂直に成形して製品断面形状に仕上げた。製品の断面寸法を測定したところ、仕上圧延で若干の圧下を加えたため、目標通りの断面寸法の製品が得られた。また、ウェブ下面の凹みは非常に小さく、寸法公差内の製品が製造できた。

（比較例１）
比較例として、図９に示すロール形状を上下逆にした状態の（第２の）ユニバーサル圧延機１１２を用いて、同じ製品寸法の平行フランジ溝形鋼を圧延した。上記特許文献２に記載されている通り、（第１の）ユニバーサル圧延機とエッジャ圧延機を用いて往復圧延を行った後、最後のパスで（第２の）ユニバーサル圧延機１１２を用いて中間圧延を行い、その後、１パスの仕上圧延を行った。

先ず、上記の実施例１と同様の粗圧延によりＵ形断面の圧延材（粗圧延材）を成形した。その後、図３に示す第１の粗ユニバーサル圧延機１６と、図４に示すエッジャ圧延機１８を用いた往復圧延を行い、ウェブ高さが４０１ｍｍ、フランジ幅が１２９．５ｍｍ、ウェブ厚みが１０．２ｍｍ、フランジ厚みが１６．４ｍｍまで圧延したが、第１の粗ユニバーサル圧延機１６のみで厚みを圧下したため、５パスの圧延が必要であった。５パス目の最後に図９に示す（第２の）ユニバーサル圧延機１１２でウェブ高さとフランジ幅を同時に圧下し、最後に図６に示す仕上ユニバーサル圧延機２４で軽圧下圧延を行ったが、図１１に示す凹み１００ｄの位置に、深さが１ｍｍの凹みが残り、製品の寸法不良が発生した。

以上のように、本実施形態に係る圧延方法と圧延設備１２を用いることによって、従来の寸法不良の問題が解決されると共に、中間圧延工程のパス数が半分程度に削減でき、高い生産性で断面寸法の良好な製品（溝形鋼１０）が圧延できることが確認できた。

なお、本発明は、上記した実施形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

１０ 溝形鋼
１０ａ、１００ａ ウェブ
１０ｂ、１００ｂ フランジ
１２ 圧延設備
１４ 粗造形圧延機
１６ 第１の粗ユニバーサル圧延機
１８ エッジャ圧延機
２０ 第２の粗ユニバーサル圧延機
２２ 中間圧延機群
２４ 仕上ユニバーサル圧延機
２６、１００ 圧延材
２８ａ、２８ｂ、３６ａ、３６ｂ、４０ａ、４０ｂ、１０６ａ、１０６ｂ、１１４ａ、１１４ｂ、１１８ａ、１１８ｂ 水平ロール
３０ａ、３０ｂ、３８ａ、３８ｂ、４２ａ、４２ｂ、１０８ａ、１０８ｂ、１１６ａ、１１６ｂ 堅ロール
３２ａ、３２ｂ、１１０ａ、１１０ｂ、１１５ ロール
３４、３９ 小径部

Claims (2)

1. Ｕ形断面に粗成形された圧延材のウェブ及び該ウェブの両端に屈曲形成されたフランジを圧下して溝形鋼を圧延する溝形鋼の圧延方法であって、
   前記圧延材に対して、第１のユニバーサル圧延機を用い、フランジの外面全体に当てられた左右一対の竪ロールによってフランジの幅全体の厚みを圧下すると共に、前記一対の竪ロール間に配設され、ウェブのフランジ間となる内面とその反対側の外面とに当てられた上下一対の水平ロールによってウェブにおけるフランジが形成された両端部を除く部分の厚みを圧下する第１工程と、エッジャ圧延機を用い、フランジ幅を圧下する第２工程と、第２のユニバーサル圧延機を用い、フランジの外面一部に当てられた左右一対の竪ロールによってフランジの幅方向におけるウェブとの境界コーナー部近傍を除く部分の厚みを圧下すると共に、前記一対の竪ロール間に配設され、ウェブのフランジ間となる内面とその反対側の外面とに当てられた上下一対の水平ロールのうちの上水平ロールをウェブのフランジ間となる内面に当て、下水平ロールを前記内面とは反対側の外面全体に当ててウェブの厚みを圧下する第３工程とを、この順序で１回ずつ行うパスが１パス以上ある往復圧延を行う圧延工程を実行した後、
   前記圧延工程によって所望の断面形状に成形された圧延材に対して仕上圧延を行うことにより、目標とする製品断面形状の溝形鋼を得る仕上圧延工程を実行することを特徴とする溝形鋼の圧延方法。
2. Ｕ形断面に粗成形された圧延材のウェブ及び該ウェブの両端に屈曲形成されたフランジを圧下して溝形鋼を圧延する溝形鋼の圧延設備であって、
   フランジの外面全体に当てられることでフランジの外面全体の厚みを圧下する左右一対の堅ロールと、前記一対の竪ロール間に配設され、ウェブのフランジ間となる内面とその反対側の外面とに当てられることでウェブにおけるフランジが形成された両端部を除く部分の厚みを圧下する上下一対の水平ロールとを有する第１のユニバーサル圧延機と、
   フランジ幅を圧下する一対のロールを有するエッジャ圧延機と、
   フランジの外面一部に当てられることでフランジの幅方向におけるウェブとの境界コーナー部近傍を除く部分の厚みを圧下する左右一対の堅ロールと、前記一対の竪ロール間に配設され、ウェブのフランジ間となる内面とその反対側の外面とに当てられるものであって、ウェブのフランジ間となる内面に当てられる上水平ロール、及び前記内面とは反対側の外面全体に当てられる下水平ロールにより、ウェブの厚みを圧下する上下一対の水平ロールとを有する第２のユニバーサル圧延機と、
   を、前記第１のユニバーサル圧延機、前記エッジャ圧延機、前記第２のユニバーサル圧延機の順序で設置した圧延機群を有することを特徴とする溝形鋼の圧延設備。
   
   

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